基于 PANS 的转捩 Taylor-Green 涡流的建模与模拟
流体动力学
2021-06-09 v2 计算物理
摘要
采用 PANS 方程模型预测 Re=3000 下的转捩 Taylor-Green 涡（TGV）流。提出了一种新形式的闭合方案，其中将 PANS 流程应用于 BHR 湍流模型的一个变体。TGV 是转捩流的基准算例，其湍流起始由涡拉伸与重连机制驱动。由于这些物理现象在众多变密度流中均可观察到，本研究构成了将 PANS 方法推广至此类问题的第一步。我们首先推导模型的控制方程，并通过先验测试分析控制其物理分辨率参数 fe 与 fk 的选取。随后，我们在不同恒定物理分辨率下进行 PANS 计算，以评估模型预测 TGV 流的精度与代价。这通过简单的验证与确认工作，以及对数值预测的物理与建模解释来完成。结果证实 PANS 能高效（精度对代价）预测当前流动问题。然而，这在很大程度上依赖于模型的物理分辨率。高物理分辨率（fk<0.50）的计算与参考 DNS 研究吻合良好，而低物理分辨率（fk>=0.50）的模拟与参考数据存在较大偏差。结果的物理与建模解释表明，这些不同行为的根源在于模型能否解析驱动湍流起始、且无法由闭合建模的现象。计算代价对比表明，高物理分辨率 PANS 以远低于 DNS（fk=0.00）的代价达到了其精度。我们在当前 Re 下观察到代价降低一个数量级，且预计该降低随 Re 增大而增大。
引用
@article{arxiv.2012.01304,
title = {Modeling and Simulation of Transitional Taylor-Green Vortex Flow with PANS},
author = {Filipe S. Pereira and Fernando Grinstein and Daniel M. Israel and Rick Rauenzahn and Sharath S. Girimaji},
journal= {arXiv preprint arXiv:2012.01304},
year = {2021}
}